民办高校土建类公共课程基于虚拟仿真的教学改革研究

李 超 胡 燕

绵阳城市学院，四川 绵阳 621000

一、课题核心概念

（一）虚拟仿真

虚拟仿真（Virtual Reality），又称虚拟现实或灵境技术，简称VR，是用一个系统模拟另一个真实系统的技术。可作为理解的工具、设计和体验的工具，亦可用于技术论证。

（二）土建类公共课程

土建类公共课程指土建类专业如土木工程、工程管理、工程造价、建筑工程技术等专业共同开展的专业课程。例如，施工技术类、建筑构造类和识图类课程。

二、教学现状分析

民办高校还担负着培养社会应用技能和管理人才的重任。例如，土木工程施工技术课程主要通过讲授建筑工程施工工艺，使学生掌握施工技术的基本理论知识、建筑工程各分部分项工程的工艺流程、操作方法和质量要求。同时，通过实践技能的训练，培养具有理论基础和较强实践能力的高素质人才，实现人才培养与社会需求的同步。因此，在教学过程中，必须将理论教学与实际操作紧密结合，相辅相成，使学生真正懂得原理、掌握技术，成为社会所需要的高素质人才。

但从目前的教学实际情况来看，理论教学与实践教学的融合还存在着一些困难，尚待提高理论与实践教学在开放、安全、拓展和信息化等方面应用程度。主要原因在于实训教学受客观条件影响，学生在校内实际操作机会少，而在理论教学环节中的课堂教学相关配套资源又相对缺乏，信息化教育设备不足，无法实现教学资源的有效衔接和使用。同时，现有的教学模式仅能讲明相对简单的技术原理，抽象的理论无法形象地表达和演示。以上传统教学课堂的种种客观条件限制了课堂教学应达到的效果，并且在实践教学中，学生实际操作的时间不够充分，实训方式单一。因此，绵阳城市学院土建类公共课程基于虚拟仿真开展教学改革十分必要。

三、教学改革的思路

（一）基于体验式教学建设虚拟教学课程

按照岗位技能要求，构建虚拟的工程项目、场景、企业、生产对象、设备、生产工具以及基地管理制度等实践教学资源，改善以前学生的实训途径少，实训设备、仪器、工具等有限的状况。

同时融入各种教学虚拟项目，改变传统满堂灌的教学方式，通过虚拟仿真展示相关工程案例及仪器设备，实现学生在3D 空间的漫游［1］。同时通过相关的技能操作，使教学知识点形象地被学生理解与掌握，从而提升专业水平，增强学生岗位核心竞争力。

（二）搭建实践教学多元化辅助平台

实践教学多元化辅助平台的搭建，以多种形式的教学资料、教学信息以及能动性的课程内容安排，大大降低了空间、时间、环境、资金等客观条件的制约，让课程中的实践环节能够更容易更高效地实现，进一步促进教学方法的改革，提高教学效率与教学效果。

通过实践教学多元化辅助平台形成任务分配、系统自动评分、结果自动分析，老师第一时间了解学生技能的掌握情况，以便及时调整教学重难点与教学方法，提升实践教学效果。

（三）提供实训管理平台，提高教学资料的利用价值

建筑工程仿真教学实训通过任务进度完成情况、学习成绩情况的数据分析，让教师能够深度掌握学生的实训情况，实现督训过程智能化。

资源中心能够有效管理和利用学校教学资源，通过后续不断地学习和使用，进一步完善和丰富教学视频、文档、课件、讲义等资源，并且通过资源的使用情况可以挖掘学生的学习兴趣，为课程的合理安排提供决策性指导。

（四）校企互助紧密化

实行校企互助模式，共同搭建校内虚拟仿真平台与校外实践企业实践基地，实现企业向学校提供最新动态的岗位技能要求及实际工程案例，让虚拟实践平台更加完善。实行社会共享，让企业在岗员工和院校新到岗员工，都能够无障碍利用建筑工程教学资源和仿真实训平台提升岗位技能。并安排现有校企合作的企业员工定期到校学习实训，实现真正意义上的校企互助，促进行业人才技能的提升，提升学校社会服务能力。

四、改革的实施

（一）构造类课程的实施

1.实施基本情况

本课程通过虚拟仿真技术学习民用建筑和工业建筑构造及设计的基本原理，通过4D 微课的形式，使学生了解建筑设计的基本内容、方法和步骤，通过3D 模型展示让学生了解建筑设计中的构造问题、结构问题和美观问题。通过课程考题的在线训练，培养学生能运用建筑构造知识来分析和解决实际工程问题，达到提高学生掌握建筑构造的效果［2］。

2.实施要点

（1）通过插件将BIM 模型、TIM 模型、微课视频等资源，无缝衔接到传统PPT 内，形成立体化课件；

（2）在多种格式BIM 模型能够导入与查看的前提下，老师根据教学需要自主上传三维模型，达到教学目的；

（3）通过对BIM 模型进行剖切、闪烁、文字标注等专项操作，使教学内容更符合不同课堂的需求；

（4）根据构造课程教学内容，形成线上考题，教师根据课堂教学内容进行随堂练习掌握学生学习效果，及时查漏补缺。

3.实施成效

（1）3D 模型多端自由查看，房屋建筑细部构造全面呈现。通过BIM 模型、TIM 模型两种形式将主要房屋构造的知识内容，通过剖切、旋转、标注、闪烁、缩放等功能使细部构造全面呈现。全类型构造认知体验，使学生掌握民用建筑和单层工业厂房构造的基本原理和常规做法，熟悉常用构造的要点、材料做法和图示方法。

（2）构造内容4D 微课三维互动讲解，提高学生的构件认知水平。通过4D 微课的形式将民用建筑主要组成部分和工业建筑每个知识点的主要构造进行三维化讲解。把抽象教学场景可视化，枯燥二维教学内容立体化，丰富学习途径，提升学习趣味，使知识的传达更高效。

（3）线上题库练习，全面检测学生对知识点的掌握程度。通过课堂任务书或手机二维码的形式针对课堂讲授知识点的内容进行实时考核，老师可根据学生答疑情况进行查漏补缺工作，帮助学生更好地掌握所学知识内容。

（二）识图类课程

1.实施基本情况

本课程采用系统虚拟仿真技术，以点、线、面、体在三维空间里互动投影教学，使学生掌握工程制图投影原理；以建筑工程中的三维构件立体化展示，使学生掌握构件识读的重点难点；以虚拟仿真交互的形式，基于经典框剪结构案例中典型图纸讲解建筑及结构施工图的关键信息识读过程，使学生从理论转换到实践运用；以案例实战的形式，通过模拟施工员的身份开展工程识图实训，还原施工过程中施工员识图的业务场景，以“练”自检，以“考”的评测，从而达到提高学生绘图与识图的基础知识能力［3］。

2.实施要点

（1）本课程通过投影知识、构件识图、专业知识三部分的100 余个知识点的基础知识教学，使学生通过三维互动的形式进行图纸知识的学习。

（2）通过经典案例的三维场景漫游体验和案例式考核使学生学以致用，掌握建筑图和结构图的识图内容和重点。

3.实施成效

（1）基础知识交互式三维化学习，减轻学生空间认知难度。点、线、面、体、组合体等七个章节近100 个知识点的投影知识学习，通过三维模型空间位置随意旋转、投影对象可选、三面投影一键自动生成的教学形式，降低教学备课难度率，增强空间展示效果，提高投影知识的传递效率。

（2）4D 微课三维互动讲解，提高学生的知识转化。将施工图中的工程做法、建筑构造、建筑详图等二维描述的知识内容，通过4D 微课的形式进行三维互动知识讲解，把抽象教学场景可视化，枯燥二维教学内容立体化，丰富学习途径，提升学习趣味，使知识的传达更高效。

（3）从整体到局部，从二维到三维的系统化学习。根据专业识图方法系统，设置“识图五步曲”，通过“图纸→任务单→知识点→二维图纸信息读取→立体三维模型”的识图方法，进行建筑及结构施工图的关键信息识读。将图纸和构件双维度进行识图内容专项训练学习。使学生从理论教学快速转变为进行实际案例的运用，完成理论教学到实际案例的知识信息转化。

（4）通过三维仿真漫游真实施工现场，完成全过程案例识图。结合典型框剪结构办公楼案例，以施工员的角度，通过地基与基础施工、主体结构施工、二次结构施工三个阶段，模拟还原施工过程中施工员识图的业务场景。以案例实战的形式完成，开展工程识图实训，以“练”自检，以“考”的评测，根据教学评测系统可生成实训报告，到达实训全过程可监测、学生成绩有依据的信息化实训的效果。

（三）施工类课程

1.实施基本情况

建筑施工技术三维仿真演练中心，利用互联网+、BIM 技术、虚拟仿真技术以施工进度为实训任务主线，三维模拟施工工艺全过程，学生通过三维交互的形式在施工场景中虚拟实际的工艺，能够掌握地基与基础工程、主体工程、装饰装修工程等主要施工方法、施工工艺流程，以及保证其施工质量所采取的施工措施等，真实体验施工工艺全过程。教学内容由浅入深，实训流程环环相扣，使理论与实训结合，解决不具备真实施工现场难以完成教学的难题。就业导向、专业知识讲授与技能实训并存，具备现场专项施工方案的编写能力、现场施工指导能力、现场施工质量检查与验收能力［4］。

2.实施要点

（1）基于信息化知识云平台支持互联网在线“随时随地”查看；

（2）完善课程体系，丰富信息化资源；

（3）专业知识形象直观呈现，三维仿真交互实操。

3.实施成效

（1）完善的课程体系，丰富的信息化资源，支撑施工技术课程。依据施工技术课程教学内容，设置土方工程、地基与基础工程、砌体工程、钢筋混凝土结构工程、预应力混凝土结构工程、结构安装工程、防水工程、装饰装修工程相关知识点施工流程的讲解。

（2）3D 还原施工现场和施工流程，让学生从“想不出”到“看得到”。结合现行的国标规范，将施工过程中的工艺工法，通过4D 微课的形式演绎施工全过程，学生通过形象直观地呈现以及可自由操作的“施工场地”，掌握施工过程中的工艺工法。

（3）实现三维仿真交互式实操实训。设置各章节内容，每个知识点从“施工流程→工种→工具→材料→机械→施工位置→理论知识”进行三维交互式的仿真实操实训，专业知识与技术能力并存，具备现场施工综合管理能力。

五、改革综合成效

（一）提升知识的系统性，提高学生岗位核心竞争力

基于虚拟仿真的教学改革，土木类公共课程可实现多项信息化教学资源的调用，以学生对建筑工程施工课程的学习过程作为一个整体，以三维游戏的方式呈现一个真实的施工现场，通过实际工程环境的3D 展示和身临其境开展漫游，能够在课内、课外为学生提供成体系的施工流程、识图、实践操作的技能知识点，以及不受空间时间限制的校内实践操作机会，将理论与实践相结合，让学生更好地掌握教学内容，明确技能实际应用需求，培养学生在施工流程、识图、施工要点和质量要求的教学过程中，独立分析和解决问题的能力，能根据工程实际情况确定相应的施工方案和技术措施，提升学生岗位核心竞争力，为职业发展打下良好坚实的基础［5］。

（二）以教学信息化建设促进专业建设，提高学生就业能力

在教学过程中融入虚拟仿真、信息化平台等现代技术，解决了施工技术在以往课堂中理论教学抽象难理解、工艺流程难以演示、施工要点讲解不到位的问题，为学校的教育信息化改革提供了全新的思路，为土建类专业教学提供了一种新的示范作用，同时促进了专业建设，具体体现在如下几点：

1.改变传统的教师教学方式，提供专业授课老师的信息化教学水平。

2.通过虚拟仿真教学，将学生所学的零散知识进行串联整合，提高学生的专业知识和技能应用，从而有利于学生就业能力和就业率的提升。

（三）有利于科研平台的建设

为学校科研项目提供一个良好的专业平台，可充分利用平台资源开展课题合作。同时，学校传统的科研项目常常与企业需求脱节，该平台可促使企业与学校进行充分、深入的科研建设，使学校的科研成果更具有实用性，更能满足企业的需求。

（四）促进校企合作开发课程，提高人才输出质量

民办应用型高校致力于为社会和企业输送应用型技术人才，与企业共同进步与成长。基于虚拟仿真的教学改革，土建类公共课程为学生提供了良好的技能实践平台，并将课本知识与实际工程项目结合进行教学，在实践环节可联手企业共同进行实习实训课程研发，促进学校人才培养与企业需求的无缝衔接。

六、结语

通过基于虚拟仿真的土建类公共课程教学改革，施工技术类、建筑构造类和识图类课程的教学质量、教学效果，以及学生的学习兴趣得到不同程度的提升，理论知识的形象化程度得到较大提高，学生的实践技能训练机会增加且更具安全性，并进一步促进了信息化教学和专业建设。